[發(fā)明專利]一種巖石節(jié)理滲流加載控制系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710506931.2
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107356506A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桂洋;夏才初;喻強(qiáng)鋒;莊小清;錢鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 葉敏華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石滲流試驗(yàn)技術(shù)，具體涉及一種巖石節(jié)理滲流加載控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

自然界中巖體由巖塊和節(jié)理(結(jié)構(gòu)面)組成，節(jié)理的存在對巖體性質(zhì)的影響是顯著的，巖體中節(jié)理的滲透系數(shù)遠(yuǎn)大于巖石基層，同時節(jié)理的變形模量遠(yuǎn)小于巖石基層，節(jié)理的存在不僅削弱了巖體的強(qiáng)度，而且為水流提供了流動的通道，誘發(fā)各種災(zāi)害。因此，巖體中節(jié)理與地下水的相互作用往往直接決定著工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

室內(nèi)試驗(yàn)是進(jìn)行節(jié)理在不同應(yīng)力狀態(tài)下滲流特性研究的最直接的手段。滲透邊界條件主要有：(1)常流量滲流邊界條件，即在整個試驗(yàn)過程中流過節(jié)理面的水流量為恒定值；(2)常水壓邊界條件，即在整個試驗(yàn)過程中進(jìn)水口的水壓為恒定值；(3)常滲流壓差邊界條件，即在整個試驗(yàn)過程中進(jìn)、出水口的滲透壓力為恒定值。在現(xiàn)有技術(shù)中，主要是在進(jìn)水口利用高壓儲氣罐或柱塞泵為節(jié)理滲流試驗(yàn)提供滲透水壓，但是利用高壓儲氣罐施加滲透水壓僅能提供常水壓邊界條件，且水壓不穩(wěn)定，控制精度較差；利用柱塞泵也只能提供常流量邊界條件和常水壓邊界條件，無法提供常滲流壓差邊界條件。

中國專利200710040457.5公開了一種巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，包括一剪切盒、一試驗(yàn)力加載及位移測量裝置、一張開度測量裝置和一計(jì)算機(jī)，所述剪切盒有一進(jìn)水通道和一出水通道，還包括一滲流檢測裝置，該滲流檢測裝置包括一進(jìn)水裝置和一出水流量測量裝置，該進(jìn)水裝置聯(lián)通剪切盒的進(jìn)水通道的進(jìn)水口，出水流量測量裝置聯(lián)通剪切盒的出水通道的出水口，但該系統(tǒng)控制不精確，且無法提供常滲流壓差邊界條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題而提供一種巖石節(jié)理滲流加載控制系統(tǒng)及其控制方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種巖石節(jié)理滲流加載控制系統(tǒng)，包括：

進(jìn)水口水壓加載控制機(jī)構(gòu)：包括進(jìn)水口EDC控制器、與進(jìn)水口EDC控制器連接的進(jìn)水口水壓調(diào)控組件、進(jìn)水口儲水罐，所述的進(jìn)水口儲水罐輸出端設(shè)有連通至巖石節(jié)理試樣的進(jìn)水口導(dǎo)水管，進(jìn)水口儲水罐設(shè)有連接至進(jìn)水口EDC控制器的進(jìn)水口水壓傳感器；

出水口水壓加載控制機(jī)構(gòu)：包括出水口EDC控制器、與出水口EDC控制器連接的出水口水壓調(diào)控組件、出水口儲水罐，所述的出水口儲水罐輸出端設(shè)有連通至巖石節(jié)理試樣的出水口導(dǎo)水管，出水口儲水罐設(shè)有連接至出水口EDC控制器的出水口水壓傳感器；

所述的進(jìn)水口EDC控制器以及出水口EDC控制器均連接至計(jì)算機(jī)并根據(jù)計(jì)算機(jī)指令控制進(jìn)水口與出水口的水流量及水壓。

進(jìn)一步地，所述的進(jìn)水口水壓調(diào)控組件包括進(jìn)水口伺服電機(jī)、設(shè)于進(jìn)水口伺服電機(jī)輸出端的進(jìn)水口減速機(jī)、與進(jìn)水口減速機(jī)輸出端連接的進(jìn)水口滾珠絲杠、與進(jìn)水口滾珠絲杠連接的進(jìn)水口活塞桿以及設(shè)于進(jìn)水口活塞桿端部的進(jìn)水口活塞，所述的進(jìn)水口活塞與進(jìn)水口儲水罐相連接。

進(jìn)一步地，所述的進(jìn)水口減速機(jī)與進(jìn)水口滾珠絲杠通過齒輪以及齒輪帶傳動連接，所述的進(jìn)水口滾珠絲杠通過進(jìn)水口水壓加載框架支撐。

進(jìn)一步地，所述的出水口水壓調(diào)控組件包括出水口伺服電機(jī)、設(shè)于出水口伺服電機(jī)輸出端的出水口減速機(jī)、與出水口減速機(jī)輸出端連接的出水口滾珠絲杠、與出水口滾珠絲杠連接的出水口活塞桿以及設(shè)于出水口活塞桿端部的出水口活塞，所述的出水口活塞與出水口儲水罐相連接。

進(jìn)一步地，所述的出水口減速機(jī)與出水口滾珠絲杠通過齒輪以及齒輪帶傳動連接，所述的出水口滾珠絲杠通過出水口水壓加載框架支撐。

進(jìn)一步地，所述的出水口導(dǎo)水管設(shè)有第一出水口閥門，與第一出水口閥門并聯(lián)設(shè)有出水口導(dǎo)水管支路，該出水口導(dǎo)水管支路上設(shè)有第二出水口閥門、電子天平以及溢流閥，所述的電子天平用來測量流出的水的質(zhì)量，從而獲得水的流量。

所述的巖石節(jié)理滲流加載控制系統(tǒng)的控制方法，具體為，

(a)打開第二出水口閥門，關(guān)閉第一出水口閥門，利用計(jì)算機(jī)通過進(jìn)水口EDC控制器控制進(jìn)水口水流量保持恒定，實(shí)現(xiàn)常流量滲流邊界條件控制；

(b)打開第二出水口閥門，關(guān)閉第一出水口閥門，以進(jìn)水口水壓傳感器的反饋信號與目標(biāo)水壓做比較，利用計(jì)算機(jī)通過進(jìn)水口EDC控制器控制進(jìn)水口水壓保持恒定，實(shí)現(xiàn)常水壓滲流邊界條件控制；

(c)打開第一出水口閥門和溢流閥，關(guān)閉第二出水口閥門，以進(jìn)水口水壓傳感器和出水口水壓傳感器的反饋信號與各自目標(biāo)水壓做比較，利用計(jì)算機(jī)通過進(jìn)水口EDC控制器控制進(jìn)水口水壓保持恒定，并且利用計(jì)算機(jī)通過出水口EDC控制器控制出水口水壓保持恒定，實(shí)現(xiàn)常滲流壓差邊界條件控制。